DIE LICHTREAKTION - Ulrich Helmich

Wie können mit Hilfe von Lichtenergie Elektronen bergauf
transportiert werden?
Dazu muss man sich jetzt etwas mit Quantenphysik auskennen, also der Lehre von den Füßen der Physiker.
Schauen wir uns mal ein Atom aus dem Fuß eines berühmten Physikers an, am besten ein Wasserstoffatom
aus dem Fuß von Nils Bohr. Da haben wir also den Atomkern in der Mitte, und drumherum kreist
einsam ein Elektron.
Warum fällt das Elektron eigentlich nicht in den Atomkern? Klar: der
Atomkern zieht das Elektron mit einer Kraft F1 an, und durch die hohe
Geschwindigkeit des Elektrons wird es mit einer Kraft F2 nach außen gezogen
(Zentripetalkraft). Wenn nun F1 = F2, so bleibt der Abstand Elektron
- Kern konstant.
Wenn wir dem Elektron aber Energie zufügen, z.B. in Form von Licht, so erhöht
sich seine Geschwindigkeit und damit auch die nach außen gerichtete Zentripetalkraft.
Der Abstand Kern - Elektron wird größer.
Und was hat das Ganze mit dem Bergauftransport von
Elektronen zu tun? Abwarten! Jetzt erinnern wir uns erstmal
an den Chemieunterricht in der 9. Klasse. Dort wurde der
Begriff der Ionisierungsenergie behandelt. Unter der Ionisierungsenergie
eines Elementes verstehen wir diejenige
Energie, die erforderlich ist, um ein Elektron aus
der Elektronenhülle eines Atoms heraus zu trennen.
Bei den Alkalimetallen ist diese Ionisierungsenergie
besonders klein, während sie bei den Edelgasen und Edelmetallen
besonders hoch ist.
Was hat denn die Ionisierungsenergie mit dem Bergauftransport zu tun?
Sehr viel. Schauen wir uns noch mal das Bild mit dem Bergsteiger auf
der letzten Seite an. Das Chlorophyll gibt Elektronen an das NADP ab,
dazu müssen die Elektronen bergauf fließen. Man kann dieses Bild
nun etwas präzisieren. Das NADP kann die Elektronen nur von einem
Stoff X aufnehmen, der ein höheres Redoxpotential hat. X wiederum muss
die Elektronen vom Chlorophyll erhalten.
Und jetzt verbinden wir die verschiedenen Punkte, die auf dieser Seite erwähnt wurden, miteinander. Auch
das Chlorophyllmolekül hat Elektronen, die durch Aufnahme von Licht in eine höhere Umlaufbahn getrieben
werden. Der Kern zieht diese Elektronen nicht
mehr so stark an wie vorher, sie können leichter aus dem Chlorophyllmolekül gelöst werden. Die Ionisierungsenergie
des Chlorophyllmoleküls sinkt. Und damit steigt die Fähigkeit des Chlorophylls, Elektronen abzugeben.
Kurz: durch die Aufnahme von Licht steigt das Redoxpotential des Chlorophylls sehr stark an; es
wird so hoch, dass das angeregte Chlorophyll Elektronen an das NADP abgeben kann. Die ominöse
Substanz X ist nämlich nichts anderes als das angeregte Chlorophyll, also das Chlorophyll, welches Licht
absorbiert hat.
Merke:
Ein Chlorophyllmolekül wird durch Absorption von Lichtenergie stark angeregt, sein Redoxpotential
steigt, und es gibt Elektronen an NADP ab. Anschließend holt es sich aus einem Wassermolekül
die jetzt fehlenden Elektronen zurück.